CN110937731A - 垃圾渗滤液/浓缩液与生活垃圾焚烧飞灰协同处置的方法 - Google Patents

垃圾渗滤液/浓缩液与生活垃圾焚烧飞灰协同处置的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及环境工程和能源领域，旨在提供一种垃圾渗滤液/浓缩液与生活垃圾焚烧飞灰协同处置的方法。该方法包括：将垃圾渗滤液/浓缩液和生活垃圾焚烧飞灰在常温、常压下混合均匀，利用渗滤液的电化学活化作用去除焚烧飞灰中的氯离子；在带搅拌器的电化学反应容器中对混合物进行电化学处置，反应产物进行固液分离；或者对混合物进行固液分离，针对滤液进行电化学处置。本发明提供了协同处置的新思路，利用生活垃圾焚烧飞灰的高比表面积吸附渗滤液中的有机物，并将影响生活垃圾焚烧飞灰后续处理的可溶氯离子作为渗滤液电化学处置的活性粒子来源用于降解渗滤液中有机物；处置后的滤液COD下降，无异味、变澄清，飞灰氯含量降低，还实现节能减排目的。

Description

垃圾渗滤液/浓缩液与生活垃圾焚烧飞灰协同处置的方法
技术领域
本发明属于环境工程和能源领域，具体涉及一种基于电化学的垃圾渗滤液/浓缩液与生活垃圾焚烧飞灰协同处置的方法。
背景技术
垃圾渗滤液是垃圾处理中产生的废液，其中含有大量有机质和重金属。其排放标准按照《污水综合排放标准》(GB8978-1996)。目前常利用膜生物反应器(MBP)、反渗透处理工艺(RO)以及纳滤(NF)工艺进行处理。在实际工程中，需要串联多种工艺进行处理，其中在反渗透和纳滤过程中反渗透纳滤膜会截留一部分高浓度的污染物与一价盐离子等小分子物质，产生垃圾渗滤液/浓缩液。由于浓缩液中含盐量较高，常规生化反应较难发生，导致其深度处置难以操作。浓缩液占渗滤液的25-40％，其中的污染物质一般为难降解有机物和盐离子，其中COD在1000～4000ppm，氯离子浓度约为1000～5000ppm之间，电导率40000us/cm～50000us/cm，总氨氮为200～1000ppm。目前的主要处理手段是回灌和入炉焚烧的方式，但由于其氯含量浓度高，对于炉内二噁英生成和炉膛结焦结渣有重要影响。因此，如何有效处理垃圾渗滤液/浓缩液是目前业界难题。
生活垃圾焚烧飞灰是目前垃圾焚烧发电厂产生的主要危险固体废弃物，城市生活垃圾焚烧飞灰(Municipal solid waste incineration fly ash，MSWI fly ash)是由在高温条件下挥发的金属Fe、Al等和无机盐Ca、Si等元素氧化物在冷却过程中凝固生成的高比表面积的颗粒。机械炉排焚烧炉飞灰产生量较小，约为入炉垃圾量的3-5％；流化床焚烧炉飞灰产生量较大，约为入炉垃圾量的10-15％。根据我国《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB18485-2001)中规定，焚烧飞灰在填埋或回收利用前必须进行必要的无害化处理。由于其具有和粉煤灰相近的成分，目前资源化利用的主要方式是进入水泥窑作为部分原料。但飞灰中较高的氯含量是制约水泥窑协同处置的关键问题。较高的氯不仅有可能产生更多的二噁英，还容易在窑内产生高温腐蚀等问题，甚至会影响水泥产出的质量，所以在水泥窑协同处置前需对飞灰进行脱氯处置。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种垃圾渗滤液/浓缩液与生活垃圾焚烧飞灰协同处置的方法
为解决技术问题，本发明的解决方案是：
提供一种垃圾渗滤液/浓缩液与生活垃圾焚烧飞灰协同处置的方法，包括以下步骤：
(1)固液混合
按液固比4～10mL∶1g的比例取垃圾渗滤液/浓缩液和生活垃圾焚烧飞灰，在常温、常压下混合均匀，利用渗滤液的电化学活化作用去除焚烧飞灰中的氯离子；
(2)电化学处置
在下述两种处置方式中任选一种：
(2.1)将步骤(1)所得混合物转至带搅拌器的电化学反应容器中，以钛钌合金板或不锈钢板作为阳极，以多孔碳材料作为阴极；在搅拌条件下通电，对混合物进行电化学处置；反应产物经固液分离，得到处置后的滤液和飞灰；或者
(2.2)对步骤(1)所得混合物进行固液分离，得到滤液和飞灰；将滤液转至带搅拌器的电化学反应容器中，以钛钌合金板或不锈钢板作为阳极，以多孔碳材料作为阴极；在搅拌条件下通电，反应后得到经处置的滤液。
本发明中，还包括：将经处置的滤液和飞灰再作为原料重新进行固液混合与电化学处置，以进一步提高滤液中COD和飞灰中氯的脱除率。
本发明中，所述步骤(1)中，采用搅拌方式进行混合，控制搅拌速度为80～200rpm，混合时间10～120min。
本发明中，所述步骤(2)中，电化学处置时控制电流密度50～100mA/cm2，搅拌速度80～200rpm，处置时间120～180min。
本发明中，所述固液分离是指采用离心分离，或者采用砂岩过滤。
本发明中，所述渗滤液是指城市生活垃圾填埋或焚烧处置前堆积产生的渗滤液原液，所述浓缩液是指对渗滤液原液进行生化处置后经纳滤膜(NF)或反渗透膜(RO)后得到的浓缩液；渗滤液/浓缩液的COD含量为1000～7000ppm，氯离子浓度为1000～3000ppm，有异味，颜色为棕褐色，pH为7～10。
本发明中，所述生活垃圾焚烧飞灰是指由生活垃圾焚烧发电厂烟气净化系统中布袋除尘器捕集到的颗粒物。
本发明中，垃圾渗滤液可以与浓缩液同时使用，也可以分别使用垃圾渗滤液或浓缩液。
发明原理描述：
本发明将焚烧飞灰与渗滤液混合，利用渗滤液去除焚烧飞灰中的氯离子。洗脱下来的氯离子可以作为后续电化学处置过程中氧化的活性原料。氯离子在电化学氧化作用下生成氯气和次氯酸，可以进一步用于分解渗滤液中的有机物，从而降低COD。
电化学处理方法是指在特定的电化学反应器内，通过电极反应以及由此而引起的一系列的化学反应、电化学过程或物理过程。本发明利用了电化学氧化以实现污染物降解转化的目的。电化学氧化是一种处理高COD、氨氮的有效技术，针对高盐浓度的渗滤液/浓缩液由于具有高电导率，可以降低电解能耗，在阴极释放出电子，发生还原反应，将溶解氧还原产生过氧化氢；而在阳极吸收电子，发生氧化反应，生成强氧化性的羟基自由基。氯离子在电化学活化的作用下可变成次氯酸根，羟基自由基和次氯酸根都是强氧化剂能有效降解有机物、降低COD。
本发明还同时利用了生活垃圾焚烧飞灰的高比表面积和吸附特性，吸附渗滤液中的有机物，使得COD降低。由于渗滤液呈碱性，且含有大量磷酸根，焚烧飞灰可以和重金属形成难溶化合物，有效减少重金属转移到溶液中，防止二次污染。同时焚烧飞灰中含有的大量氯离子，可以作为电化学反应原料促进反应的进行。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明提供了一种协同处置渗滤液/浓缩液与生活垃圾焚烧飞灰的新思路，利用生活垃圾焚烧飞灰的高比表面积吸附渗滤液中的有机物，并将影响生活垃圾焚烧飞灰后续处理的可溶氯离子作为渗滤液电化学处置的活性粒子来源用于降解渗滤液中有机物；处置后的滤液COD下降，无异味、变澄清，飞灰氯含量降低。
2、本发明不仅能够降低渗滤液中的COD，还减少了焚烧飞灰中的氯，在协同处置两种难处理废弃物的同时，还实现节能减排的目的。
具体实施方式
下面结合具体实施例子，对本发明的实现方式进行详细描述。
实施例1至5中的渗滤液是指取自浙江省诸暨市八方垃圾焚烧发电有限公司焚烧前堆积产生的渗滤液原液；实施例6至8中的渗滤液是指取自浙江省温岭市垃圾焚烧公司焚烧处置前堆积产生的渗滤液浓缩液；所述浓缩液是指对渗滤液原液进行生化处置后经纳滤膜或反渗透膜后得到的浓缩液；渗滤液/浓缩液的COD含量为1000～7000ppm，氯离子浓度为1000～3000ppm，有异味，颜色为棕褐色，pH为7～10。各实施例中的生活垃圾焚烧飞灰是取自浙江省诸暨市八方电厂垃圾焚烧发电厂的烟气净化系统中布袋除尘器捕集到的颗粒物。
实施例1
基于电化学的渗滤液及其膜浓缩液与生活垃圾焚烧飞灰协同处置的方法包括以下步骤：
1.将焚烧飞灰12.5g与渗滤液原液50ml按液固比4:1(mL/g)的比例，转速为140rpm的条件下混合搅拌10分钟。
2.将所得混合物转至带搅拌器的电化学反应容器中；以钛钌(DSA)合金板作为阳极，多孔碳材料作为阴极，在电流密度50mA/cm2，进行电化学处置，转速为140rpm的条件下搅拌120min。
3.使用离心或砂岩过滤进行固液分离，获得处置后的垃圾渗滤液和脱氯后的焚烧飞灰。
使用多功能水质测量仪(德国Loviband，ET9973)基于CODcr重铬酸钾比色法HJ828-2017测试渗滤液中的COD，结果表明原始COD为1700ppm，处置2h后为474ppm，去除率为72.3％。
根据日本工业标准(JIS A1154：2012Moldods of Test for Chloride Concretein Hardened Concrete)，分别用去离子水和硝酸萃取飞灰中的可溶性氯和总氯。然后使用美国Thermo Fisher Scientific，Integrition通过离子色谱法HJ/T84-2001测量提取的样品溶液中的Cl含量，实验结果表明飞灰中氯含量从原来的8.2mg/g降到3.9mg/g，去除率为52.4％。
比较处置后的渗滤液发现相较未处置之前，异味消除，液体变澄清。
实施例2
基于电化学的渗滤液及其膜浓缩液与生活垃圾焚烧飞灰协同处置的方法包括以下步骤：
1.将焚烧飞灰8.33g与渗滤液原液50ml按照液固比6:1(mL/g)的比例，转速为140rpm的条件下混合搅拌20分钟。
2.将所得混合物转至带搅拌器的电化学反应容器中；以钛钌(DSA)合金板作为阳极，多孔碳材料作为阴极，在电流密度75mA/cm2，进行电化学处置，转速为140rpm的条件下搅拌120min。
3.使用离心或砂岩过滤进行固液分离，获得处置后的垃圾渗滤液和脱氯后的焚烧飞灰。
使用多功能水质测量仪(德国Loviband，ET9973)基于CODcr重铬酸钾比色法HJ828-2017测试渗滤液中的COD，结果表明原始COD为1700ppm，处置2h后为742ppm，去除率为56.4％。
根据日本工业标准(JIS A1154：2012Moldods of Test for Chloride Concretein Hardened Concrete)，分别用去离子水和硝酸萃取飞灰中的可溶性氯和总氯。然后使用美国Thermo Fisher Scientific，Integrition通过离子色谱法HJ/T84-2001测量提取的样品溶液中的Cl含量，实验结果表明飞灰中氯含量从原来的8.2mg/g降到3.7mg/g，去除率为54.9％。
比较处置后的渗滤液发现相较未处置之前，异味消除，液体变澄清。
实施例3
基于电化学的渗滤液及其膜浓缩液与焚烧飞灰协同处置的方法包括以下步骤：
1.将焚烧飞灰5g与渗滤液原液50ml按照液固比10:1(mL/g)的比例，转速为140rpm的条件下混合搅拌30分钟。
2.将所得混合物转至带搅拌器的电化学反应容器中；以不锈钢板作为阳极，多孔碳材料作为阴极，在电流密度50mA/cm2，进行电化学处置，转速为200rpm的条件下搅拌120min。
3.使用离心或砂岩过滤进行固液分离，获得处置后的垃圾渗滤液和脱氯后的焚烧飞灰。
使用多功能水质测量仪(德国Loviband，ET9973)基于CODcr重铬酸钾比色法HJ828-2017测试渗滤液中的COD，结果表明原始COD为1700ppm，处置2h后为908ppm，去除率为46.5％。
根据日本工业标准(JIS A1154：2012Moldods of Test for Chloride Concretein Hardened Concrete)，分别用去离子水和硝酸萃取飞灰中的可溶性氯和总氯。然后使用美国Thermo Fisher Scientific，Integrition通过离子色谱法HJ/T84-2001测量提取的样品溶液中的Cl含量，实验结果表明飞灰中氯含量从原来的8.99mg/g降到3.7mg/g，去除率为58％。
比较处置后的渗滤液发现相较未处置之前，异味消除，液体变澄清。
实施例4
基于电化学的渗滤液及其膜浓缩液与生活垃圾焚烧飞灰协同处置的方法包括以下步骤：
1.将焚烧飞灰5g与50ml的渗滤液NF浓缩液-渗滤液原液1:1混合液按照液固比10:1(mL/g)的比例，转速为200rpm的条件下混合搅拌10分钟。
2.将所得混合物转至带搅拌器的电化学反应容器中；以钛钌(DSA)合金板作为阳极，多孔碳材料作为阴极，在电流密度100mA/cm2，进行电化学处置，转速为100rpm的条件下搅拌120min。
3.使用离心或砂岩过滤进行固液分离，获得处置后的垃圾渗滤液和脱氯后的焚烧飞灰。
使用多功能水质测量仪(德国Loviband，ET9973)基于CODcr重铬酸钾比色法HJ828-2017测试渗滤液中的COD，结果表明原始COD为2380ppm，处置2h后为812ppm，去除率为65％。
根据日本工业标准(JIS A1154：2012Moldods of Test for Chloride Concretein Hardened Concrete)，分别用去离子水和硝酸萃取飞灰中的可溶性氯和总氯。然后使用美国Thermo Fisher Scientific，Integrition通过离子色谱法HJ/T84-2001测量提取的样品溶液中的Cl含量，实验结果表明飞灰中氯含量从原来的8.99mg/g降到1.061mg/g，去除率为88％。
比较处置后的渗滤液发现相较未处置之前，异味消除，液体变澄清。
实施例5
基于电化学的渗滤液及其膜浓缩液与生活垃圾焚烧飞灰协同处置的方法包括以下步骤：
1.将焚烧飞灰5g与渗滤液NF浓缩液50ml按照液固比10:1(mL/g)的比例，转速为200rpm的条件下混合搅拌15分钟。
2.将所得混合物转至带搅拌器的电化学反应容器中；以钛钌(DSA)合金板作为阳极，多孔碳材料作为阴极，在电流密度100mA/cm2，进行电化学处置，转速为100rpm的条件下搅拌120min。
3.使用离心或砂岩过滤进行固液分离，获得处置后的垃圾渗滤液和脱氯后的焚烧飞灰。
使用多功能水质测量仪(德国Loviband，ET9973)基于CODcr重铬酸钾比色法HJ828-2017测试渗滤液中的COD，结果表明原始COD为2380ppm，处置2h后为600ppm，去除率为75％。
根据日本工业标准(JIS A1154：2012Moldods of Test for Chloride Concretein Hardened Concrete)，分别用去离子水和硝酸萃取飞灰中的可溶性氯和总氯。然后使用美国Thermo Fisher Scientific，Integrition通过离子色谱法HJ/T84-2001测量提取的样品溶液中的Cl含量，实验结果表明飞灰中氯含量从原来的8.99mg/g降到0.72mg/g，去除率为91％。
比较处置后的渗滤液发现相较未处置之前，异味消除，液体变澄清。
实施例6
基于电化学的渗滤液及其膜浓缩液与生活垃圾焚烧飞灰协同处置的方法包括以下步骤：
1.将焚烧飞灰12.5g与渗滤液原液50ml按照液固比4:1(mL/g)的比例，转速为80rpm的条件下混合搅拌120分钟。
2.使用离心或砂岩过滤进行固液分离，获得处置后的垃圾渗滤液和脱氯后的焚烧飞灰。
3.对于分离后的垃圾渗滤液进行电解处置，所述的电解方法使用钛钌(DSA)合金板作为阳极，多孔碳材料作为阴极，在电流密度50mA/cm2，进行电化学处置，转速为140rpm的条件下搅拌150min，反应后得到经处置的垃圾渗滤液。
使用多功能水质测量仪(德国Loviband，ET9973)基于CODcr重铬酸钾比色法HJ828-2017测试渗滤液中的COD，结果表明原始COD为1700ppm，处置2.5h后为210ppm，去除率为87.6％。
根据日本工业标准(JIS A1154：2012Moldods of Test for Chloride Concretein Hardened Concrete)，分别用去离子水和硝酸萃取飞灰中的可溶性氯和总氯。然后使用美国Thermo Fisher Scientific，Integrition通过离子色谱法HJ/T84-2001测量提取的样品溶液中的Cl含量，实验结果表明飞灰中氯含量从原来的8.2mg/g降到3.1mg/g，去除率为63.1％。
比较处置后的渗滤液发现相较未处置之前，异味消除，液体变澄清。
实施例7
基于电化学的渗滤液及其膜浓缩液与生活垃圾焚烧飞灰协同处置的方法包括以下步骤：
1.将焚烧飞灰12.5g与渗滤液NF浓缩液50ml按照液固比4:1(mL/g)的比例，转速为140rpm的条件下混合搅拌10分钟。
2.使用离心或砂岩过滤进行固液分离，获得处置后的垃圾渗滤液和脱氯后的焚烧飞灰。
3.对于分离后的垃圾渗滤液进行电解处置，所述的电解方法使用不锈钢板作为阳极，多孔碳材料作为阴极，在电流密度60mA/cm2，进行电化学处置，转速为160rpm的条件下搅拌160min，反应后得到经处置的垃圾渗滤液。
使用多功能水质测量仪(德国Loviband，ET9973)基于CODcr重铬酸钾比色法HJ828-2017测试渗滤液中的COD，结果表明原始COD为2588ppm，处置2h后为984ppm，去除率为62％。
根据日本工业标准(JIS A1154：2012Moldods of Test for Chloride Concretein Hardened Concrete)，分别用去离子水和硝酸萃取飞灰中的可溶性氯和总氯。然后使用美国Thermo Fisher Scientific，Integrition通过离子色谱法HJ/T84-2001测量提取的样品溶液中的Cl含量，实验结果表明飞灰中氯含量从原来的8.99mg/g降到0.711mg/g，去除率为92％。
比较处置后的渗滤液发现相较未处置之前，异味消除，液体变澄清。
实施例8
基于电化学的渗滤液及其膜浓缩液与生活垃圾焚烧飞灰协同处置的方法包括以下步骤：
1.将焚烧飞灰12.5g与渗滤液NF浓缩液与渗滤液原液1:1混合液50ml按照液固比4:1(mL/g)的比例，转速为200rpm的条件下混合搅拌10分钟。
2.使用离心或砂岩过滤进行固液分离，获得处置后的垃圾渗滤液和脱氯后的焚烧飞灰。
3.对于分离后的垃圾渗滤液进行电解处置，所述的电解方法使用不锈钢板作为阳极，多孔碳材料作为阴极，在电流密度100mA/cm2，进行电化学处置，转速为80rpm的条件下搅拌180min，反应后得到经处置的垃圾渗滤液。
使用多功能水质测量仪(德国Loviband，ET9973)基于CODcr重铬酸钾比色法HJ828-2017测试渗滤液中的COD，结果表明原始COD为2380ppm，处置3h后为988ppm，去除率为58％。
根据日本工业标准(JIS A1154：2012Moldods of Test for Chloride Concretein Hardened Concrete)，分别用去离子水和硝酸萃取飞灰中的可溶性氯和总氯。然后使用美国Thermo Fisher Scientific，Integrition通过离子色谱法HJ/T84-2001测量提取的样品溶液中的Cl含量，实验结果表明飞灰中氯含量从原来的8.99mg/g降到0.92mg/g，去除率为89％。
比较处置后的渗滤液发现相较未处置之前，异味消除，液体变澄清。

Claims (7)

1.一种垃圾渗滤液/浓缩液与生活垃圾焚烧飞灰协同处置的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)固液混合
按液固比4～10mL∶1g的比例取垃圾渗滤液/浓缩液和生活垃圾焚烧飞灰，在常温、常压下混合均匀，利用渗滤液的电化学活化作用去除焚烧飞灰中的氯离子；
(2)电化学处置
在下述两种处置方式中任选一种：
(2.1)将步骤(1)所得混合物转至带搅拌器的电化学反应容器中，以钛钌合金板或不锈钢板作为阳极，以多孔碳材料作为阴极；在搅拌条件下通电，对混合物进行电化学处置；反应产物经固液分离，得到处置后的滤液和飞灰；或者
(2.2)对步骤(1)所得混合物进行固液分离，得到滤液和飞灰；将滤液转至带搅拌器的电化学反应容器中，以钛钌合金板或不锈钢板作为阳极，以多孔碳材料作为阴极；在搅拌条件下通电，反应后得到经处置的滤液。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：将经处置的滤液和飞灰再作为原料重新进行固液混合与电化学处置，以进一步提高滤液中COD和飞灰中氯的脱除率。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，采用搅拌方式进行混合，控制搅拌速度为80～200rpm，混合时间10～120min。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，电化学处置时控制电流密度50～100mA/cm2，搅拌速度80～200rpm，处置时间120～180min。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述固液分离是指采用离心分离，或者采用砂岩过滤。
6.根据权利要求1至5任意一项中所述的方法，其特征在于，所述渗滤液是指城市生活垃圾填埋或焚烧处置前堆积产生的渗滤液原液，所述浓缩液是指对渗滤液原液进行生化处置后经纳滤膜或反渗透膜后得到的浓缩液；渗滤液/浓缩液的COD含量为1000～7000ppm，氯离子浓度为1000～3000ppm，有异味，颜色为棕褐色，pH为7～10。
7.根据权利要求1至5任意一项中所述的方法，其特征在于，所述生活垃圾焚烧飞灰是指由生活垃圾焚烧发电厂烟气净化系统中布袋除尘器捕集到的颗粒物。
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